KR20140068840A - 풍력 발전 장치 - Google Patents

풍력 발전 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20140068840A
KR20140068840A KR1020140061566A KR20140061566A KR20140068840A KR 20140068840 A KR20140068840 A KR 20140068840A KR 1020140061566 A KR1020140061566 A KR 1020140061566A KR 20140061566 A KR20140061566 A KR 20140061566A KR 20140068840 A KR20140068840 A KR 20140068840A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
plasma
current generating
plasma current
electrode
power source
Prior art date
Application number
KR1020140061566A
Other languages
English (en)
Inventor
히사시 마쓰다
모토후미 다나카
히로유키 야스이
쇼헤이 고사마
구니히코 와다
다몬 오자키
도시키 오사코
Original Assignee
가부시끼가이샤 도시바
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 가부시끼가이샤 도시바 filed Critical 가부시끼가이샤 도시바
Publication of KR20140068840A publication Critical patent/KR20140068840A/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D1/00—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor 
    • F03D1/06—Rotors
    • F03D1/065—Rotors characterised by their construction elements
    • F03D1/0675—Rotors characterised by their construction elements of the blades
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/022—Adjusting aerodynamic properties of the blades
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D80/00—Details, components or accessories not provided for in groups F03D1/00 - F03D17/00
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/2406—Generating plasma using dielectric barrier discharges, i.e. with a dielectric interposed between the electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/2406—Generating plasma using dielectric barrier discharges, i.e. with a dielectric interposed between the electrodes
    • H05H1/2418—Generating plasma using dielectric barrier discharges, i.e. with a dielectric interposed between the electrodes the electrodes being embedded in the dielectric
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/20—Rotors
    • F05B2240/30—Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/20—Rotors
    • F05B2240/30—Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor
    • F05B2240/32—Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor with roughened surface
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15D—FLUID DYNAMICS, i.e. METHODS OR MEANS FOR INFLUENCING THE FLOW OF GASES OR LIQUIDS
    • F15D1/00—Influencing flow of fluids
    • F15D1/002—Influencing flow of fluids by influencing the boundary layer
    • F15D1/0065—Influencing flow of fluids by influencing the boundary layer using active means, e.g. supplying external energy or injecting fluid
    • F15D1/0075—Influencing flow of fluids by influencing the boundary layer using active means, e.g. supplying external energy or injecting fluid comprising electromagnetic or electrostatic means for influencing the state of the fluid, e.g. for ionising the fluid or for generating a plasma
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Wind Motors (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)

Abstract

본 발명의 풍력 발전 장치에 의하면, 제 1 전극과, 상기 제 1 전극과 유전막을 간격을 두고 설치된 제 2 전극을 갖고, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극과의 사이에 전압이 인가되면 유전체 배리어 방전에 의해 플라즈마 기류를 발생하는, 복수의 플라즈마 기류 발생장치와, 상기 플라즈마 기류 발생장치에 전압을 공급하는, 적어도 하나의 플라즈마 전원을 구비하고, 상기 플라즈마 기류 발생장치는 풍력 발전 장치에서의 날개에 설치되어, 복수의 계통으로 나누어져 계통마다 독립하여 전압이 공급된다.

Description

풍력 발전 장치{WIND POWER GENERATOR}
본 발명은 풍력 발전 장치에 관한 것으로, 특히 유전체(誘電體) 배리어 방전에 의해 기류(氣流)를 발생시키는 플라즈마 기류 발생장치를 구비한 것에 관한 것이다.
지구 온난화 방지의 관점으로부터, 전체 지구 규모에서 재생 에너지 발전 시스템의 도입이 진행되고 있다. 보급이 진행되고 있는 발전(發電) 방식의 하나로서, 풍력 발전이 존재한다. 그러나, 풍력 발전은 풍속 변동이나 풍향 변동에 의해서 발전량이 좌우된다. 이 때문에, 일본 등과 같이 풍속 및 풍향이 어지럽게 바뀌는 산악성 기상을 갖는 지역에 있어서는 발전 출력을 안정되게 유지하는 것이 곤란하여, 풍력 발전 장치 도입의 족쇄가 되고 있다. 따라서, 안정하고 고효율인 풍력 발전 장치의 개발이 강하게 요구되고 있다.
이러한 배경 하에서, 풍차 익면(翼面)에 유전체 배리어 방전에 의해 플라즈마 기류를 발생시키는 장치를 배치함으로써, 바람의 변동에 대응한 제어가 가능한 풍력 발전 장치가 특허문헌 1에서 제안되고 있다.
또한 후술하는 바와 같이, 플라즈마 기류 발생장치를 이용하여 날개의 박리 흐름을 억제할 때에, 박리소용돌이의 방출 주기에 동조(同調)하여 플라즈마 기류를 발생하면, 보다 효과적으로 박리 흐름을 억제할 수 있는 것이 특허문헌 2에서 개시되어 있다.
풍차날개 주위의 기류는, 주 유속에 대해서 풍차 회전수가 늦을 때, 혹은 풍향이 갑자기 변화되었을 때 등의 경우, 풍차날개 주위의 속도 삼각형이 정격점(定格点)으로부터 크게 어긋남으로써, 흐름의 박리가 풍차날개의 광범위에서 발생한다. 종래의 풍력 발전 장치에서는, 이러한 바람의 급격한 변동에 피치 제어 및 요(yaw) 제어를 대응하지 못하고, 발전이 불안정하게 되어 고효율의 풍력 발전 장치를 실현할 수 없다고 하는 문제가 있었다.
특허문헌 1에 기재된 유전체 배리어 방전에 의한 플라즈마 기류 발생장치를 구비한 풍력 발전 장치는, 도 11에 개략적으로 도시된 바와 같이, 날개(21)의 앞가장자리를 따라서 배치된 복수의 플라즈마 기류 발생장치(10)를 구비하고 있다.
이러한 플라즈마 기류 발생장치(10)를 구비한 풍력 발전 장치에서는, 풍동(風洞) 실험을 실시한 결과, 플라즈마 기류 발생장치가 오프 상태의 경우와 비교하여, 온 상태에서는 풍차의 회전수가 큰 폭으로 증대되는 것이 분명해졌다. 이 현상은, 풍차날개의 앞가장자리에 설치한 플라즈마 기류 발생장치에 의해 날개의 표면을 흐르는 공기의 경계층 부근에 고속의 플라즈마 기류가 발생하고, 경계층의 속도 분포가 변화하여 날개 주위의 박리 흐름이 억제되고, 풍차날개의 양력(揚力)이 증대함으로써 풍차의 회전수가 증대하고, 이것이 포지티브 피드백이 되어 한꺼번에 회전수가 증대한 것이라고 생각할 수 있다.
풍력 발전 장치의 정격 풍속은, 일반적으로는 12∼13m/s가 된다. 그러나, 이러한 정격 풍속에 주어지는 풍차 입지점은 적고, 보다 저속역(4∼8m/s)의 바람이 연간을 통해서 부는 입지점이 많다. 따라서, 플라즈마 기류 발생장치의 설치에 의해 저·중풍속역에서의 발전을 증대할 수 있는 것은, 연간을 통해서 안정되고 고효율인 풍력 발전 장치를 실현할 수 있는 것을 의미하고 있다.
그런데, 운전시의 풍차날개는 바람의 힘에 의해서 크게 휘어지기 때문에, 날개의 변형에 대해서도 대응 가능하도록 플라즈마 기류 발생장치를 설치할 필요가 있다. 도 12에, 날개(121)의 앞가장자리에 플라즈마 기류 발생장치(110)를 복수 배치한 예를 나타낸다. 종래는, 이와 같이 복수의 플라즈마 기류 발생장치(110)를 접속 도선(導線)(109)에 의해 단순하게 직렬 접속하고, 저압측 전원(101)에 접속된 플라즈마 전원(102)에 접속되어 있고, 플라즈마 기류 발생장치에서의 단락 등의 고장이 발생한 경우에 대한 배려가 실시되지 않았었다.
본 발명은 상기 사정에 감안하여 이루어진 것으로, 플라즈마 기류 발생장치에 있어서 단락 등의 고장이 발생한 경우이더라도 그 영향이 장치 전체에 이르는 것을 방지하여, 안정되고 고효율의 풍력 발전 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 풍력 발전 장치는,
제 1 전극과, 상기 제 1 전극과 유전막을 간격을 두고 설치된 제 2 전극을 갖고, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극과의 사이에 전압이 인가되면 유전체 배리어 방전에 의해 플라즈마 기류를 발생하는, 복수의 플라즈마 기류 발생장치와,
상기 플라즈마 기류 발생장치에 전압을 공급하는, 적어도 하나의 플라즈마 전원을 구비하고, 상기 플라즈마 기류 발생장치는 풍력 발전 장치에서의 날개에 설치되어, 복수의 계통으로 나누어져 계통마다 독립하여 전압이 공급되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 풍력 발전 장치는,
제 1 전극과, 상기 제 1 전극과 유전막을 간격을 두고 설치된 제 2 전극을 갖고, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극과의 사이에 전압이 인가되면 유전체 배리어 방전에 의해 플라즈마 기류를 발생하는, 풍력 발전 장치에서의 날개에 설치된 복수의 플라즈마 기류 발생장치와,
상기 플라즈마 기류 발생장치에 전압을 공급하는 플라즈마 전원과,
상기 플라즈마 기류 발생장치와 상기 플라즈마 전원에 접속된 차단 장치와,
상기 차단 장치의 도통 상태 또는 차단 상태를 제어하는 제어부를 구비하고,
상기 플라즈마 기류 발생장치는, 상기 차단 장치를 사이에 두고 상기 플라즈마 전원으로부터 전압이 공급되고, 상기 제어부는, 어느 쪽의 상기 플라즈마 기류 발생장치에 고장이 발생하면, 상기 차단 장치를 차단하여 상기 플라즈마 기류 발생장치에의 전압의 공급을 정지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 풍력 발전 장치에 의하면, 플라즈마 기류 발생장치에의 전원 공급 계통을 복수 구비함으로써, 일부의 플라즈마 기류 발생장치가 고장난 경우이더라도 그 영향이 장치 전체에 이르는 것을 방지하여, 안정되고 고효율의 풍력 발전 장치를 실현하는 것이 가능하다.
도 1은, 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 풍력 발전 장치에서의 플라즈마 기류 발생장치의 배치 구성 및 플라즈마 기류 발생장치에 전원을 공급하는 접속 구성을 나타낸 설명도.
도 2는, 플라즈마 기류 발생장치의 구성을 나타낸 사시도 및 종단면도.
도 3은, 상기 플라즈마 기류 발생장치에 있어서 날개에 플라즈마 기류 발생장치를 부착하는 위치를 나타낸 단면도.
도 4는, 본 발명의 제 2 실시형태에 의한 풍력 발전 장치에서의 플라즈마 기류 발생장치의 배치 구성 및 플라즈마 기류 발생장치에 전원을 공급하는 접속 구성을 나타낸 설명도.
도 5는, 본 발명의 제 3 실시형태에 의한 풍력 발전 장치에서의 플라즈마 기류 발생장치에 전원을 공급하는 접속 구성을 나타낸 설명도.
도 6은, 본 발명의 제 4 실시형태에 의한 풍력 발전 장치에서의 플라즈마 기류 발생장치의 배치 구성 및 플라즈마 기류 발생장치에 전원을 공급하는 접속 구성을 나타낸 설명도.
도 7은, 본 발명의 제 5 실시형태에 의한 풍력 발전 장치에서의 플라즈마 기류 발생장치의 배치 구성 및 플라즈마 기류 발생장치에 전원을 공급하는 접속 구성을 나타낸 설명도.
도 8은, 본 발명의 제 6 실시형태에 의한 풍력 발전 장치에서의 플라즈마 기류 발생장치의 배치 구성 및 플라즈마 기류 발생장치에 전원을 공급하는 접속 구성을 나타낸 설명도.
도 9는, 본 발명의 제 7 실시형태에 의한 풍력 발전 장치에서의 플라즈마 기류 발생장치의 배치 구성 및 플라즈마 기류 발생장치에 전원을 공급하는 접속 구성을 나타낸 설명도.
도 10은, 본 발명의 제 8 실시형태에 의한 풍력 발전 장치에서의 플라즈마 기류 발생장치의 배치 구성 및 플라즈마 기류 발생장치에 전원을 공급하는 접속 구성을 나타낸 설명도.
도 11은, 플라즈마 기류 발생장치를 구비한 풍력 발전 장치의 전체의 개략 구성을 나타낸 사시도.
도 12는, 종래의 풍력 발전 장치에서의 플라즈마 기류 발생장치의 배치 구성 및 플라즈마 기류 발생장치에 전원을 공급하는 접속 구성을 나타낸 설명도.
이하, 본 발명의 실시형태에 의한 풍력 발전 장치에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다.
(제 1 실시형태)
본 발명의 제 1 실시형태에 의한 풍력 발전 장치에 있어서, 날개(21)에 복수의 플라즈마 기류 발생장치를 배치한 구성을 도 1(a)에, 플라즈마 기류 발생장치에 전원을 공급하는 접속 구성을 도 1(b)에 각각 더 도시한다.
도 1(a)에 도시된 바와 같이, 풍차의 날개(21)의 앞가장자리를 따라서, 유닛화 된 플라즈마 기류 발생장치(10)가 복수 배치되어 있다. 이 플라즈마 기류 발생장치는, 외관을 나타낸 사시도인 도 2(a), 및 도 2(a)에서의 A-A선을 따르는 종단면도인 도 2(b)에 도시된 바와 같이, 내후성(耐候性)이 높고 또한 변형에 대한 내성이 높은 수지(8)가 기재(基材)로서 설치되고, 수지(8)의 표면상에 도전성을 갖는 내부 삽입 전극(6b)이 배치되어 있다. 내부 삽입 전극(6b)을 덮도록 수지(8)의 표면상에 유전막(7)이 형성되고, 유전막(7)의 표면상에 도전성을 갖는 표면 전극(6a)이 설치되어 유닛으로서 성형되어 있다.
이와 같이 내후성 및 변형에 대한 내성이 높은 수지(8)를 이용하여 유닛 성형한 것에 의해, 이 플라즈마 기류 발생장치(10)는 풍차가 설치되는 옥외 환경에서도 장수명(長壽命)으로 신뢰성이 높고, 또한 요철이 적기 때문에 기류 제어 특성이 뛰어난 유체 제어용 액츄에이터로서 동작할 수 있다.
이 플라즈마 기류 발생장치(10)의 장착은, 날개(21)의 성형시에 메워 넣어도 좋고, 혹은 날개(21)의 표면에 접착, 나사 고정 등에 의해 고정해도 좋다. 한편, 날개(21)의 표면에 플라즈마 기류 발생장치(10)를 장착하는 부위는, 박리 흐름을 억제하는 것이 가능한 위치일 필요가 있다. 구체적으로는, 도 3에 도시된 바와 같이, 플라즈마 기류 발생장치(10)의 표면 전극(6a)의 길이방향의 일단면이, 날개(21)의 앞가장자리에 있어서, 캠버 라인(C1)으로 규정되는 날개(21)의 앞가장자리 기점(BP)으로부터 배면측(21a)의 소정 범위에 걸치는, 도면 중 점선으로 나타난 범위(21b)인 것이 바람직하다. 그러나, 이 범위(21b)에 한정되는 것이 아니고, 공역학적(空力學的) 및 박리 흐름의 억제를 행하는 데 있어서 바람직한 임의의 위치에 플라즈마 기류 발생장치(10)를 장착할 수 있다.
표면 전극(6a), 내부 삽입 전극(6b)은, 각각 도시되어 있지 않은 접속 도선에 의해 후술하는 플라즈마 전원에 접속된다. 표면 전극(6a)과 내부 삽입 전극(6b)과의 사이에 플라즈마 전압이 인가되어, 표면 전극(6a)의 근방에 있어서 유전체 배리어 방전이 야기되어, 전자나 이온이 생성되어 전계에 의해 이동하여 날개(21)의 표면을 흐르는 공기의 경계층 부근에 고속의 플라즈마 기류가 발생하고, 경계층의 속도 분포가 변화하여 공기의 박리가 억제된다. 한편, 기류의 크기나 방향은, 플라즈마 전압, 주파수, 전류파형, 듀티비 등을 변화시킴으로써 제어할 수 있다.
그리고, 도 1(a)에 도시된 바와 같이, 전원이 공급되는 계통이 다른 제 1 계통의 복수의 플라즈마 기류 발생장치(10A1,10A2,10A3)와, 제 2 계통의 복수의 플라즈마 기류 발생장치(10B1,B2,B3)가, 날개(21)의 앞가장자리를 따라서 교대로 배치되어 있다. 여기서, 각각의 계통의 플라즈마 기류 발생장치(10)의 수는 1 이상의 임의의 수로 좋고, 또한 계통은 복수이면 좋고 3 이상 설치되어 있어도 좋다.
이와 같이 배치된 플라즈마 기류 발생장치(10)에 전원을 공급하는 접속 구성에 대해서, 도 1(b)을 참조하여 설명한다. 저압측 전압(1)으로부터, 예를 들면 AC100V의 전원 전압이 플라즈마 전원(2)에 공급된다. 플라즈마 전원(2)은, 내장된 제어 기구에 의해, 인가(印加) 전압이나 발생 주파수를 조정하여 유전체 배리어 방전의 제어를 행한다. 한편, 플라즈마 전원(2)의 장착 부위는, 날개(21)의 회전축에 접속된 발전기 등을 수납한 셀내, 혹은 날개(21)의 내부 등, 플라즈마 기류 발생장치(10)에 전기적으로 접속 가능한 개소이면 한정되지 않고 어느 개소이더라도 좋다.
플라즈마 전원(2)에는, 제 1 계통의 플라즈마 기류 발생장치(10A1,10A2, 10A3)가, 차단 장치(3A)를 사이에 두고 병렬로 접속 도선(9A)에 의해 접속되어 있다. 또한, 제 2 계통의 플라즈마 기류 발생장치(10B1,10B2,10B3)가, 차단 장치(3B)를 사이에 두고 병렬로 접속 도선(9B)에 의해 접속되어 있다. 한편, 각각의 플라즈마 기류 발생장치(10)가 차단 장치(3A,3B)를 사이에 두고 접속되는 접속 구성은, 병렬에 한정하지 않고 직렬이더라도 좋다.
한편, 본 실시의 형태 및 후술하는 제 2∼제 7 실시형태에서의 접속 도선(9)은, 고전압과 예를 들면 접지된 저전압을, 표면 전극(6a)과 내부 삽입 전극(6b)에 각각 공급하기 위해, 2개의 도선이 1쌍을 이루고 있는 것으로 한다.
차단 장치(3A,3B)는, 각각 제어부(11)에 접속되어 있다. 제어부(11)는, 어느 쪽의 플라즈마 기류 발생장치(10)에 있어서 절연 파괴 등에 의해 고장이 발생한 것을 예를 들면 센서로부터의 정보에 의해 검출하여, 이 플라즈마 기류 발생장치(10)가 속하는 어느 쪽의 계통의 차단 장치(3A 또는 3B)를 차단한다. 이것에 의해, 고장난 플라즈마 기류 발생장치(10)가 포함되는 계통의 모든 플라즈마 기류 발생장치(10)에는 플라즈마 전원이 공급되지 않고, 동작을 정지한다.
그러나, 다른 계통의 플라즈마 기류 발생장치(10)에는 플라즈마 전원이 공급되어 동작 상태를 유지하므로, 날개(21) 주위의 박리 흐름을 억제할 수 있다. 게다가, 제 1 계통의 플라즈마 기류 발생장치(10A1,10A2,10A3)와 제 2 계통의 플라즈마 기류 발생장치(10B1,10B2,10B3)를 날개(21)의 스팬 방향을 따라서 교대로 배치되어 있으므로, 한쪽의 계통에 고장이 발생하여 동작을 정지한 경우이더라도 날개(21)의 스팬 방향을 따르는 전역에 걸쳐서 박리 흐름의 억제 제어가 가능하다.
이상 설명한 바와 같이, 제 1 실시형태의 풍력 발전 장치에 의하면, 플라즈마 기류 발생장치에 의해 날개 주위의 박리 흐름을 억제할 때에, 복수의 플라즈마 기류 발생장치를 복수 계통으로 나누어 전원을 공급하고, 어느 쪽의 플라즈마 기류 발생장치에 고장이 발생한 경우 그 계통의 동작을 정지하고, 고장이 발생하지 않은 계통은 계속하여 동작시키도록 구성한 것에 의해, 고장의 영향이 장치 전체에 미치는 일이 없어, 안정되고 고효율의 풍력 발전 장치를 실현할 수 있다.
(제 2 실시형태)
본 발명의 제 2 실시형태에 대해서, 그 플라즈마 기류 발생장치의 배열 및 접속 구성을 나타낸 도 4를 참조하여 설명한다. 상기 제 1 실시형태와 동일한 구성요소에는 동일한 번호를 붙이고, 중복된 설명은 생략한다.
도 4(a)에 도시된 바와 같이, 날개(21)의 앞가장자리 방향을 따라서 복수의 플라즈마 기류 발생장치(10A,10B,10C,10D)가 배치되어 있다. 그리고 제 2 실시형태에서는, 도 4(b)에 도시된 바와 같이, 각각의 플라즈마 기류 발생장치(10A,10B, 10C,10D)마다 플라즈마 전원(2A,2B,2C,2D)이 설치되고, 각각 접속 도선(9A,9B, 9C,9D)에 의해 직접 접속되어 있다.
어느 쪽의 플라즈마 기류 발생장치(10A,10B,10C,10D)가 고장난 경우이더라도, 장치마다 플라즈마 전원(2A,2B,2C,2D)이 설치되어 있으므로, 다른 플라즈마 기류 발생장치(10)에는 그것에 접속된 플라즈마 전원(2)으로부터의 전원의 공급을 계속할 수 있다. 이것에 의해 고장의 영향이 장치 전체에 미치지 않고, 박리 흐름의 억제 제어를 계속하여 행하여, 안정되고 고효율의 풍력 발전 장치를 실현하는 것이 가능하다.
그런데 최근은, 로터지름이 80m를 넘는 풍력 발전 장치가 나타나 있다. 이러한 대형 풍력 발전 장치에서는, 날개의 선단 영역, 중간 영역, 익근(翼根) 영역에 있어서 회전속도가 크게 다르다. 또한, 날개코드 길이도 반지름 위치마다 다르고, 반지름 위치마다의 날개 주위도 크게 차이가 난다.
상술한 바와 같이, 플라즈마 기류 발생장치에 의해 날개의 박리 흐름을 억제할 때에, 박리소용돌이의 방출주기에 동조하여 플라즈마 기류를 발생함으로써, 보다 효과적으로 박리 흐름을 억제할 수 있다. 제 2 실시형태에서는, 스팬 방향을 따라서 배열된 플라즈마 기류 발생장치(10A,10B,10C,10D)마다 플라즈마 전원(2A, 2B,2C,2D)을 설치하고 있으므로, 개별적으로 플라즈마 전원의 전압 주파수를 제어하는 것이 가능하다. 이것에 의해, 스팬 방향을 따라서 크게 다른 날개(21) 주위의 박리소용돌이 주기에 동조한 최적인 박리 방지를 위한 제어를 행할 수 있다.
(제 3 실시형태)
본 발명의 제 3 실시형태에 대해서, 플라즈마 기류 발생장치의 접속 구성을 나타낸 도 5를 이용하여 설명한다. 상기 제 1, 제 2 실시형태와 동일한 구성요소에는 동일한 부호를 붙이고, 중복된 설명을 생략한다.
제 3 실시형태에서는, 플라즈마 기류 발생장치(10A,10B,10C,10D)마다 플라즈마 전원(2A,2B,2C,2D)을 구비한다. 한편, 플라즈마 기류 발생장치(10A∼10D)의 날개(21)에의 배열은, 도 4(a)에 도시된 상기 제 2 실시형태와 동일하고, 설명을 생략한다.
플라즈마 기류 발생장치(10A)와 플라즈마 전원(2A)을 접속하기 위해 2개의 접속 도선(9A1 및 9A2)이 설치되어 있다. 마찬가지로, 플라즈마 기류 발생장치 (10B)와 플라즈마 전원(2B), 플라즈마 기류 발생장치(10C)와 플라즈마 전원(2C), 플라즈마 기류 발생장치(10D)와 플라즈마 전원(2D)을 접속하기 위해, 각각 2개의 접속 도선(9B1 및 9B2,9C1 및 9C2,9D1 및 9D2)이 설치되어 있다.
한편, 상술한 바와 같이, 고전압과 저전압을 표면 전극(6a), 내부 삽입 전극(6b)에 각각 공급하기 위해, 접속 도선(9A1,9A2,9B1,9B2,9C1,9C2,9D1,9D2)은 각각 2개의 도선으로 1쌍을 이루고 있다.
게다가, 접속 도선(9A1 및 9A2,9B1 및 9B2,9C1 및 9C2,9D1 및 9D2)에는, 플라즈마 전원(2A,2B,2C,2D)에 근접한 접속 근부(根部)에 있어서, 각각 차단 장치 (3A1 및 3A2,3B1 및 3B2,3C1 및 3C2,3D1 및 3D2)가 접속되어 있다.
차단 장치(3A1 및 3A2,3B1 및 3B2,3C1 및 3C2,3D1 및 3D2)는, 제어부(11)에 접속되어 있다. 날개(21)의 휘어짐 등에 의해, 2개의 접속 도선(9A1 또는 9A2,9B1 또는 9B2,9C1 또는 9C2,9D1 또는 9D2)의 어느 한쪽에 있어서 단선이 발생한 경우에는, 제어부(11)가 단선(斷線)된 접속 도선(9)에 접속되어 있는 차단 장치(3)를 차단한다.
이것에 의해, 단선이 생긴 접속 도선(9)에 의한 접속을 차단하고, 남은 접속 도선(9)에 의해 상기 플라즈마 기류 발생장치(10)에 전원을 공급하여 계속 구동을 계속할 수 있다. 이 결과, 단선이 생긴 어느 한쪽의 접속 도선(9)에 접속되어 있는 플라즈마 기류 발생장치(10)의 동작을 다른쪽의 접속 도선(9)에 의해 계속할 수 있으므로, 스팬 방향에서 크게 다른 날개(21)의 주위의 기류에 대응하여 반지름 위치마다 다른 박리소용돌이 주기에 동조한 최적인 제어를 유지하는 것이 가능하다.
한편, 제 3 실시형태에서는 1개의 플라즈마 기류 발생장치(10)에 대해서 2개의 접속 도선(9)을 접속한 경우에 대해서 설명하였다. 그러나, 접속 도선의 수는 2개에 한정되지 않고 3개 이상 접속해도 좋다.
(제 4 실시형태)
본 발명의 제 4 실시형태에 대해서, 플라즈마 기류 발생장치의 날개에서의 배열, 및 플라즈마 기류 발생장치의 접속 구성을 나타낸 도 6을 이용하여 설명한다. 상기 제 1∼제 3 실시형태와 동일한 구성요소에는 동일한 부호를 붙이고, 중복된 설명을 생략한다.
제 4 실시형태는, 상기 제 1 실시형태에서의 복수의 플라즈마 기류 발생장치(10)를 복수 계통으로 나누어 각각의 계통에 복수의 플라즈마 기류 발생장치(10)를 각각 설치한 구성과, 상기 제 2 실시형태에서의 복수 계통마다 1개씩 플라즈마 전원(2)을 설치한 구성을 조합하여, 복수 계통마다 1개씩 플라즈마 전원(2)을 설치하고 각각의 계통에 복수의 플라즈마 기류 발생장치(10)를 각각 설치한 것에 상당한다.
구체적으로는, 10개의 플라즈마 기류 발생장치(10)가 5계통으로 분할되고, 각각의 계통에는 2개씩 플라즈마 기류 발생장치(10)가 배치되고, 계통마다 플라즈마 전원(2)이 설치되어 있다. 플라즈마 기류 발생장치(10A1 및 10A2)에 플라즈마 전원(2A)이 접속 도선(9A)에 의해 접속된다. 플라즈마 기류 발생장치(10B1 및 10B2)에 플라즈마 전원(2B)이 접속 도선(9B)에 의해 접속된다. 플라즈마 기류 발생장치(10C1 및 10C2)에 플라즈마 전원(2C)이 접속 도선(9)C에 의해 접속된다. 플라즈마 기류 발생장치(10D1 및 10D2)에 플라즈마 전원(2D)이 접속 도선(9D)에 의해 접속된다. 플라즈마 기류 발생장치(10E1 및 10E2)에 플라즈마 전원(2E)이 접속 도선(9E)에 의해 접속된다. 그리고, 플라즈마 기류 발생장치(10A1)와 플라즈마 기류 발생장치(10A2)와의 사이에 다른 계통의 플라즈마 기류 발생장치(10B1)가 배치된다고 하는 것처럼, 같은 계통내의 2개의 플라즈마 기류 발생장치(10)의 사이에 다른 계통의 플라즈마 기류 발생장치(10)가 배치되어 있다. 다만, 모든 플라즈마 기류 발생장치(10)가 이와 같이 간격을 두고 배치될 필요는 없고, 플라즈마 기류 발생장치(10E1 및 10E2)와 같이 연속해서 배치된 것이 포함되어도 좋다.
예를 들면, 하나의 계통내의 플라즈마 기류 발생장치(10A1)에 고장이 발생한 것과 같은 경우, 이것에 접속된 플라즈마 전원(2A)으로부터의 전원의 공급 동작을 정지하고, 플라즈마 기류 발생장치(10A1 및 10A2)의 구동을 정지한다. 다른 플라즈마 기류 발생장치(10B1 및 10B2, 10C1 및 10C2, 10D1 및 10D2, 10E1 및 E2)에의 전원의 공급은 계속하고, 동작상태를 유지한다.
이와 같이, 계통마다 플라즈마 전원(2)을 설치함으로써, 어느 쪽의 계통내의 플라즈마 기류 발생장치(10)에 고장이 발생한 경우에도, 다른 계통의 플라즈마 기류 발생장치(10)의 동작 상태를 유지할 수 있다. 또한, 동일 계통내의 복수의 플라즈마 기류 발생장치(10)의 사이에 다른 계통의 플라즈마 기류 발생장치(10)를 삽입하도록 배치함으로써, 어느 쪽의 계통의 플라즈마 기류 발생장치(10)가 동작하지 않는 상태가 된 경우에도, 날개(21)의 반지름 위치마다 다른 박리 흐름에 대응한 최적 제어를 유지할 수 있다.
게다가, 하나의 계통에 설치된 1개의 플라즈마 전원(2)에 대해서 복수의 플라즈마 기류 발생장치(10)를 배치한 것에 의해, 플라즈마 전원(2)의 수의 증가를 억제하여 비용 저감을 도모하면서, 날개(21)의 넓은 범위에 걸쳐서 박리 흐름의 제어가 가능하다.
(제 5 실시형태)
본 발명의 제 5 실시형태에 대해서, 플라즈마 기류 발생장치의 날개에서의 배열, 및 플라즈마 기류 발생장치의 접속 구성을 나타낸 도 7을 이용하여 설명한다. 상기 제 1∼제 4 실시형태와 동일한 구성요소에는 동일한 부호를 붙이고, 중복된 설명을 생략한다.
최근의 풍력 발전 장치에서는 대형 풍차가 이용되고 있고, 로터지름이 80m를 넘는 것도 나타나 왔다. 이 때문에, 날개의 반지름 위치에 따라서는 코드길이가 2∼4m에도 이른다.
이러한 큰 날개 주위의 흐름을 제어하기 위해서는, 플라즈마 기류 발생장치를 익현(翼弦)방향을 따라서 텐덤(tandem) 형상으로 설치하여, 보다 강한 플라즈마 기류를 발생시키는 것이 유효하다.
제 5 실시형태는 이러한 대형 풍차에 대해서 특히 유효한 것으로, 플라즈마 기류 발생장치가 반지름 위치마다 텐덤 형상으로 복수 설치되어 블록을 구성하는 동시에, 블록마다 플라즈마 전원이 각각 설치되어 있다.
구체적으로는, 도 7(a),(b)에 도시된 바와 같이, 플라즈마 기류 발생장치 (10A12,10A22,10A11 및 10A21)가 기류 발생 방향을 따라서 텐덤 형상으로 배치되어 1개의 블록을 구성하고 있다. 도 7(a)에서는, 날개(21)의 앞가장자리를 따라서 배치된 4개의 플라즈마 기류 발생장치(10) 중, 플라즈마 기류 발생장치(10A12,10A22)가 도시되어 있고, 플라즈마 기류 발생장치(10A11,10A21)는 플라즈마 기류 발생장치(10A22)의 배후에 배치되어 있다. 마찬가지로, 4개의 플라즈마 기류 발생장치(10B12,10B22,10B11 및 10B21, 4개의 플라즈마 기류 발생장치(10C12,10C22,10C11 및 10C21, 4개의 플라즈마 기류 발생장치(10D12, 10D22,10D11 및 10D21)가 기류 발생 방향을 따라서 텐덤 형상으로 각각 블록을 구성하여 배치되어 있다.
도 7(b)에 도시된 바와 같이, 텐덤 형상으로 배치된 4개의 플라즈마 기류 발생장치(10)로 이루어지는 블록마다, 1개씩 플라즈마 전원(2A,2B,2C,2D)이 배치되어 있다.
플라즈마 전원(2A)에는, 차단 장치(3A1,3A2)를 각각 사이에 두고 접속 도선 (9A1,9A2)에 의해 플라즈마 기류 발생장치(10A11,10A21)가 병렬로 접속되고, 플라즈마 기류 발생장치(10A11)와 직렬로 플라즈마 기류 발생장치(10A12)가 접속되고, 플라즈마 기류 발생장치(10A21)와 직렬로 플라즈마 기류 발생장치(10A22)가 접속되어 있다.
마찬가지로, 플라즈마 전원(2B)에는, 차단 장치(3B1,3B2)를 각각 사이에 두고 접속 도선(9B1,9B2)에 의해 플라즈마 기류 발생장치(10B11,10B21)가 병렬로 접속되고, 플라즈마 기류 발생장치(10B11)와 직렬로 플라즈마 기류 발생장치(10B12)가 접속되고, 플라즈마 기류 발생장치(10B21)와 직렬로 플라즈마 기류 발생장치 (10B22)가 접속되어 있다.
플라즈마 전원(2C)에는, 차단 장치(3C1,3C2)를 각각 사이에 두고 접속 도선(9C1,9C2)에 의해 플라즈마 기류 발생장치(10C11,10C21)가 병렬로 접속되고, 플라즈마 기류 발생장치(10C11)와 직렬로 플라즈마 기류 발생장치(10C12)가 접속되고, 플라즈마 기류 발생장치(10C21)와 직렬로 플라즈마 기류 발생장치(10C22)가 접속되어 있다.
플라즈마 전원(2D)에는, 차단 장치(3D1,3D2)를 각각 사이에 두고 접속 도선 (9D1,9D2)에 의해 플라즈마 기류 발생장치(10D11,10D21)가 병렬로 접속되고, 플라즈마 기류 발생장치(10D11)와 직렬로 플라즈마 기류 발생장치(10D12)가 접속되고, 플라즈마 기류 발생장치(10D21)와 직렬로 플라즈마 기류 발생장치(10D22)가 접속되어 있다.
그리고, 차단 장치(3A1,3A2,3B1,3B2,3C1,3C2,3D1,3D2)는, 각각 제어부(11)에 접속되어 있다.
이와 같이 제 5 실시형태에서는, 4개의 플라즈마 기류 발생장치(10)를 1개의 블록으로서 기류 발생 방향을 따라서 텐덤 형상으로 배치하는 동시에, 날개(21)의 반지름 위치마다 독립하여 플라즈마 전원(2A,2B,2C,2D)을 설치한 것에 의해, 대형 풍차에 있어서 반지름 위치에 의해 크게 변화하는 날개(21) 주위의 기류에 대응하여, 각각의 박리소용돌이 주기에 동조한 최적인 제어를 행할 수 있다.
또한, 텐덤 형상으로 배치된 4개의 플라즈마 기류 발생장치(10) 중, 직렬로 접속된 예를 들면 플라즈마 기류 발생장치(10A11 및 10A12)에 차단 장치(3A1), 플라즈마 기류 발생장치(10A21 및 10A22)에 차단 장치(3A2)가 접속되어 있다. 예를 들면, 플라즈마 기류 발생장치(10A11)에 고장이 발생한 경우에는 제어부(11)가 차단 장치(3A1)를 차단하고, 이것에 직렬로 접속된 플라즈마 기류 발생장치(10A11 및 10A12)에의 전력의 공급을 정지한다. 그러나, 나머지의 플라즈마 기류 발생장치(10)에는 전력의 공급이 가능하여, 계속 동작 상태를 계속할 수 있다.
게다가, 동일한 차단 장치(3)에 직렬 접속된 플라즈마 기류 발생장치(10)의 사이에, 다른 차단 장치(3)에 접속된 플라즈마 기류 발생장치(10)가 배치되어 있음으로써, 어느 쪽의 차단 장치(3)에서 차단이 생긴 경우에도 기류의 발생에 미치는 영향이 억제되어 날개(21) 전체로서의 박리 흐름 제어를 충분히 유지할 수 있어, 안정되고 고효율의 풍력 발전 장치가 실현된다.
(제 6 실시형태)
본 발명의 제 6 실시형태에 대해서, 플라즈마 기류 발생장치의 날개에서의 배열, 및 플라즈마 기류 발생장치의 접속 구성을 나타낸 도 8을 이용하여 설명한다. 상기 제 1∼제 5 실시형태와 동일한 구성요소에는 동일한 부호를 붙이고, 중복된 설명을 생략한다.
제 6 실시형태에서는, 상기 제 4 실시형태에 의한 플라즈마 기류 발생장치에 있어서, 날개(21)의 운전 상태를 모니터하여 얻어진 정보에 기초하여 플라즈마 전원(2A∼2E)의 동작에 대해서 제어부(11)가 피드백 제어를 행하는 구성이 더해진 것에 상당한다. 플라즈마 기류 발생장치(10)의 날개(21)에서의 배열, 플라즈마 기류 발생장치(10)와 플라즈마 전원(2)과의 접속 구성은 상기 제 4 실시형태와 동일하고, 설명을 생략한다.
플라즈마 기류 발생장치(10)에 의해 날개(21)의 박리 흐름을 제어하는 경우에는, 상술한 바와 같이 박리소용돌이의 방출 주기에 동조하여 플라즈마 기류를 발생시키는 것에 의해, 박리 현상을 보다 억제할 수 있다. 그러나, 날개(21)의 반지름 위치에 따라 선회 속도나 익현 길이가 다르고, 나아가서는 높이 위치에 따라 풍속이나 풍향이 다르기 때문에, 박리소용돌이의 주파수도 위치에 따라 다르게 된다.
따라서 제 6 실시형태에서는, 예를 들면 풍차 회전수를 회전수 센서(5)를 이용하여 모니터하고, 풍차 회전수가 증대하는 주파수 제어 조건을 제어부(11)에서 연산하고, 플라즈마 전원(2A,2B,2C,2D)에 각각 독립하여 피드백 한다. 이것에 의해, 반지름 위치에 따른 박리 흐름을 억제하는 것이 가능해진다. 한편, 이 주파수 제어 조건은, 플라즈마 전원(2A,2B,2C,2D)마다 독립하여 주는 것이 반지름 위치에 따른 제어를 행하기 위해서는 바람직하다. 그러나, 날개(21) 전체로 일괄하여 동일한 주파수 조건을 플라즈마 전원(2A,2B,2C,2D)에 주어도, 박리를 억제하는 제어 자체는 가능하다.
또한, 풍력 발전 장치가 일반적으로 구비하고 있는 여러 종류의 센서, 예를 들면 날개(21)에 유입하는 기류의 속도를 측정하는 풍속 센서, 날개(21)에 유입하는 기류의 풍향을 계측하는 풍향 센서, 날개(21)의 표면의 압력을 계측하는 압력 센서 등으로부터 얻어진 정보에 기초하여, 플라즈마 전원(2A,2B,2C,2D)이 발생하는 전압의 주파수 조건을 설정해도 좋다.
주파수 조건의 설정은, 예를 들면, 제어부(11)에 있어서 제 1 주파수 조건을 설정하여 플라즈마 전원(2)에 주고, 이 제 1 주파수 조건으로 전원을 플라즈마 기류 발생장치(10)에 주고 소정 시간 구동하고, 이 때의 풍차 회전수를 측정한다. 그리고, 다른 제 2 주파수 조건으로 플라즈마 기류 발생장치(10)를 소정 시간 구동하고, 이 때의 풍차 회전수를 측정한다. 제 1 주파수 조건과 제 2 주파수 조건시에서의 각각의 풍차 회전수를 비교하여 바람직한 쪽을 선택한다. 이러한 처리를 반복해 감으로써, 최적인 조건을 탐색해 간다.
당연히, 피드백 제어는 풍속 풍향 변동에 대해서 응답하기까지 완화시간이 존재한다. 그러나, 소정 시간을 단위로서 평균화하면, 피드백 제어에 의한 최적 조건의 탐색을 행하는 것은 박리 억제를 실시하는데 있어서 유효하다.
이와 같이 제 6 실시형태에 의하면, 예를 들면 풍차 회전수를 모니터하여 그 정보에 기초하여 날개 주위의 박리 흐름을 억제하고, 또한 상기 제 4 실시형태와 같이 일부의 플라즈마 기류 발생장치에 고장이 발생한 경우에도 다른 플라즈마 기류 발생장치의 구동을 계속함으로써, 안정되고 고효율인 풍력 발전 장치를 실현하는 것이 가능하다.
(제 7 실시형태)
본 발명의 제 7 실시형태에 대해서, 플라즈마 기류 발생장치의 접속 구성을 나타낸 도 9를 이용하여 설명한다. 상기 제 1∼제 6 실시형태와 동일한 구성요소에는 동일한 부호를 붙이고, 중복된 설명을 생략한다.
제 7 실시형태는, 상기 제 6 실시형태의 구성에 더하여 날개(21)의 표면에 물리 센서(4)를 설치하고, 날개(21) 주위의 기류의 정보를 검출하여 그 정보를 제어부(11)에 주고, 이 정보에 기초하여 플라즈마 전원(2A,2B,2C,2D,2E)의 전원 전압의 주파수를 제어한다. 이러한 피드백 루프를 설치한 것에 의해서, 상기 제 6 실시형태 보다 더 유효하게 박리를 억제하도록 플라즈마 기류를 발생시키는 것이다. 한편, 플라즈마 기류 발생장치(10A1,10A2,10B1,10B2,10C1,10C2,10D1,10D2,10E1,10E2)의 날개(21)의 표면에서의 배열, 및 이러한 플라즈마 기류 발생장치(10)와 플라즈마 전원(2A,2B,2C,2D)과의 접속 구성은, 상기 제 6 실시형태와 같이 설명을 생략한다.
물리 센서(4)로서, 예를 들면 압력 센서나, 날개(21)의 표면의 유속을 계측하는 유속 센서 등을 이용해도 좋다. 압력 센서를 이용한 경우는, 날개(21)의 표면에 부착되어 있던 흐름이 박리되면 표면 압력이 증대하기 때문에, 이 압력의 변화를 검출한다. 유속 센서를 이용한 경우는, 박리 현상이 일어나면 날개(21)의 표면에서의 기류의 유속에 변화가 생기기 때문에, 이 유속의 변화를 검출한다.
날개(21)의 선단이 지상 100m 가까이로도 되는 대형 풍차의 경우는, 수직방향의 풍속이나 풍향의 분포도 날개(21) 주위의 흐름에 영향을 준다. 이 때문에, 날개(21) 주위의 기류는 시시각각, 반지름 위치 및 회전 위치에서 다르다. 날개(21)의 표면의 압력이나 표면의 유속을 물리 센서(21)를 이용하여 모니터 해둠으로써, 날개(21) 주위의 각 위치에서의 국소적인 흐름의 거동을 파악하는 것이 가능해진다.
따라서, 날개(21)에 설치한 물리 센서(4)에 의해 흐름의 거동을 파악해 두고, 흐름이 박리되어 있는 영역이 시간적으로 가장 많은 개소에 배치된 플라즈마 기류 발생장치(10)의 플라즈마 기류 발생 주파수의 최적화를 도모한다. 예를 들면, 구체적으로는 제 1 주파수 조건으로 플라즈마 기류 발생장치(10)를 소정 시간 구동하고, 이때에 물리 센서(4)가 검지한 정보를 제어부(11)가 취득한다. 다음에, 제 2 주파수 조건으로 플라즈마 기류 발생장치(10)를 소정 시간 구동하고, 이 때에 물리 센서(4)가 검지한 정보와 앞의 정보를 비교하여, 박리 흐름이 보다 억제되는 어느 쪽의 주파수 조건을 탐색하는 처리를 반복해 간다.
제 7 실시형태에 의하면, 물리 센서(4)가 검출한 흐름의 거동에 기초하여 최적인 전압 주파수를 플라즈마 기류 발생장치(10)에 공급하여 플라즈마 기류의 최적화를 도모함으로써, 날개(21) 주위의 박리 흐름을 유효하게 억제할 수 있다. 또한 상기 제 6 실시형태와 같이, 일부의 플라즈마 기류 발생장치(10)가 고장난 경우에도, 다른 플라즈마 기류 발생장치(10)의 동작을 계속할 수 있으므로, 안정되고 고효율의 풍력 발전 장치를 실현할 수 있다.
(제 8 실시형태)
본 발명의 제 8 실시형태에 의한 풍력 발전 장치에 있어서, 플라즈마 기류 발생장치의 배열 및 접속 구성을 나타낸 도 10을 이용하여 설명한다. 상기 제 1∼제 7 실시형태와 동일한 구성요소에는 동일한 부호를 붙이고, 중복된 설명을 생략한다.
도 10(a)에 도시된 바와 같이, 날개(21)의 앞가장자리 방향을 따라서 복수의 플라즈마 기류 발생장치(10A,10B,10C,10D,10E,10F)가 배치되어 있다. 도 10(b)에 도시된 바와 같이, 1계통의 플라즈마 기류 발생장치(10A∼10F)가, 차단 장치(3)를 사이에 두고 접속 도선(9)에 의해 플라즈마 전원(2)에 접속되어 있다. 한편, 각각의 플라즈마 기류 발생장치(10A∼10F)가, 차단 장치(3)를 사이에 두고 플라즈마 전원(2)에 접속되는 접속 구성은, 도시된 것처럼 직렬이더라도 좋고, 혹은 병렬이더라도 좋다.
차단 장치(3)는, 제어장치(11)에 접속되어 있다. 어느 쪽의 플라즈마 기류 발생장치(10A∼10F)가 고장난 경우는, 제어장치(11)가 차단 장치(3)를 차단한다. 이것에 의해, 고장난 플라즈마 기류 발생장치가 포함되는 1계통내의 모든 플라즈마 기류 발생장치(10A∼10F)에는, 플라즈마 전원(2)으로부터의 플라즈마 전원이 공급되지 않고, 동작을 정지한다.
풍력 발전 장치에서는, 날개의 피치의 제어 등, 풍차 본체의 제어를 행하는 제어 시스템이 존재한다. 이러한 풍차 본체의 제어 시스템과, 플라즈마 기류 발생장치의 제어장치(11)가, 회로로서 일체로 설치되고, 혹은 근접해서 설치되어 있는 경우가 있다. 이러한 경우에, 고장난 플라즈마 기류 발생장치(10A∼10F)와, 플라즈마 전원(2), 제어장치(11)가 접속되어 있으면, 낙뢰시에, 풍차 본체의 제어 시스템에 피해가 미칠 가능성이 있다.
이것에 대해, 제 8 실시형태에 의하면, 어느 쪽의 플라즈마 기류 발생장치 (10A∼10F)가 고장난 경우에, 플라즈마 기류 발생장치(10A∼10F)와, 플라즈마 전원(2), 제어장치(11)가, 차단 장치(3)에 의해서 전기적으로 확실히 차단된다. 이것에 의해, 풍차 본체의 제어 시스템에 피해가 미치는 것이 방지된다.
상기 실시형태는 모두 일례로서, 본 발명의 기술적 범위내에 있어서 다양하게 변형하는 것이 가능하다. 예를 들면, 상기 제 1∼제 8 실시형태에서의 플라즈마 기류 발생장치의 개수나 배열, 날개의 설치 위치, 플라즈마 기류 발생장치의 계통수 등에 대해서, 필요에 따라서 임의로 설정할 수 있다.
예를 들면, 상기 제 1∼제 8 실시형태에서는, 도 1(a) 등에 도시된 바와 같이, 날개(21)의 앞가장자리를 따라서 플라즈마 기류 발생장치(10)의 길이방향이 스팬 방향에 일치하도록 배치하고 있다. 그러나 플라즈마 기류 발생장치(10)의 배열 방향은 한정되지 않고, 예를 들면 플라즈마 기류 발생장치(10)의 길이방향이 날개(21)의 코드 방향에 일치하도록 배치해도 좋다. 이와 같이, 플라즈마 기류 발생장치(10)의 배열 방향은, 풍차날개가 회전할 때에 공역학적으로 바람직하게, 또한 박리의 억제 제어에 있어서 바람직하게 배열할 수 있다.
1, 101 : 저압측 전압
2, 2A, 2B, 2C, 2D, 102 : 플라즈마 전원
3, 3A, 3B : 차단 장치
4 : 물리센서
5 : 회전수 센서
6a : 표면 전극
6b : 내부 삽입 전극
7 : 유전막
8 : 수지
9, 109 : 접속 도선
10, 110 : 플라즈마 기류 발생장치
11 : 제어부
C1 : 캠버라인
21, 121 : 날개

Claims (4)

  1. 제 1 전극과, 상기 제 1 전극과 유전막을 간격을 두고 설치된 제 2 전극을 갖고, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극과의 사이에 전압이 인가되면 유전체 배리어 방전에 의해 플라즈마 기류를 발생하는, 복수의 플라즈마 기류 발생장치와,
    상기 플라즈마 기류 발생장치에 전압을 공급하는, 적어도 하나의 플라즈마 전원을 구비하고,
    상기 플라즈마 기류 발생장치는 풍력 발전 장치에서의 날개에 설치되고,
    상기 플라즈마 기류 발생장치마다 복수 설치된 차단 장치와,
    상기 차단 장치의 도통 상태 또는 차단 상태를 제어하는 제어부를 더 구비하고,
    상기 플라즈마 전원은, 상기 플라즈마 기류 발생장치마다 설치되어 있고,
    상기 플라즈마 기류 발생장치와 상기 플라즈마 전원은, 각각 복수의 상기 차단 장치를 사이에 두고 접속 도선에 의해 상기 플라즈마 전원에 접속되어 있고,
    상기 제어부는, 어느 쪽의 상기 접속 도선에 단선이 발생하면, 이 접속 도선에 접속된 상기 차단 장치를 차단하여, 이 접속 도선에 접속된 상기 플라즈마 기류 발생장치에 접속되어 있는 다른 차단 장치의 도통 상태를 계속하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라즈마 기류 발생장치는, 풍력 발전 장치에서의 상기 날개의 표면상에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 날개의 회전 속도, 상기 날개의 표면 압력 상태, 상기 날개의 표면상의 기류 유속 중 적어도 어느 하나에 관한 정보를 검출하는 물리 센서와,
    상기 플라즈마 전원의 동작을 제어하는 제어부를 더 구비하고,
    상기 제어부는, 상기 물리 센서가 검출한 상기 정보에 기초하여, 상기 플라즈마 전원의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라즈마 기류 발생장치는, 상기 제 1 전극의 길이방향의 일단면이, 상기 날개의 캠퍼 라인으로 규정되는 날개의 앞가장자리 기점으로부터 배면측에 걸치는 범위 내에, 상기 날개의 스팬 방향을 따라 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
KR1020140061566A 2011-04-21 2014-05-22 풍력 발전 장치 KR20140068840A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011094854A JP5837323B2 (ja) 2011-04-21 2011-04-21 風力発電装置
JPJP-P-2011-094854 2011-04-21

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120022380A Division KR101471241B1 (ko) 2011-04-21 2012-03-05 풍력 발전 장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20140068840A true KR20140068840A (ko) 2014-06-09

Family

ID=45819020

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120022380A KR101471241B1 (ko) 2011-04-21 2012-03-05 풍력 발전 장치
KR1020140061566A KR20140068840A (ko) 2011-04-21 2014-05-22 풍력 발전 장치

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120022380A KR101471241B1 (ko) 2011-04-21 2012-03-05 풍력 발전 장치

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20120267892A1 (ko)
EP (1) EP2514965A3 (ko)
JP (1) JP5837323B2 (ko)
KR (2) KR101471241B1 (ko)
IN (1) IN2012DE00624A (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018208119A1 (en) * 2017-05-12 2018-11-15 Samsung Electronics Co., Ltd. Blower and air conditioning apparatus having the same

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10333299B2 (en) * 2013-03-05 2019-06-25 Abb Schweiz Ag Power converter and methods for increasing power delivery of soft alternating current power source
JP6021703B2 (ja) 2013-03-21 2016-11-09 株式会社東芝 風力発電システム
CN103410680B (zh) * 2013-06-19 2016-01-20 中国科学院电工研究所 用于风力发电机叶片的等离子体控制装置和方法
KR101458798B1 (ko) * 2014-02-20 2014-11-07 두산중공업 주식회사 풍력 발전 단지, 풍력 발전 단지의 배치 구조, 풍력 발전 단지의 제어 방법 및 풍력 발전 유닛.
JP2015190400A (ja) * 2014-03-28 2015-11-02 株式会社東芝 気流発生装置の取付治具、および、気流発生装置の取付方法
CN103925152A (zh) * 2014-04-23 2014-07-16 哈尔滨工业大学 一种基于介质阻挡放电等离子体激励的风力透平叶片
JP6403156B2 (ja) * 2014-10-28 2018-10-10 東芝エネルギーシステムズ株式会社 気流発生装置、および、風力発電システム
EP3018343B1 (en) * 2014-11-06 2018-09-26 Kabushiki Kaisha Toshiba Airflow generation device and wind power generation system
JP6570907B2 (ja) * 2014-11-06 2019-09-04 株式会社東芝 気流発生装置、および、風力発電システム
JP6523065B2 (ja) * 2015-06-12 2019-05-29 株式会社東芝 気流発生装置及び風力発電システム
JP2017008834A (ja) * 2015-06-23 2017-01-12 株式会社東芝 気流発生装置用電源および風力発電装置
JP2018073606A (ja) * 2016-10-28 2018-05-10 株式会社東芝 気流発生装置、気流発生方法および風力発電装置
JP2018193876A (ja) * 2017-05-12 2018-12-06 三星電子株式会社Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ． 送風機、及び、空気調和装置
CN109640499A (zh) * 2019-01-16 2019-04-16 上海安平静电科技有限公司 一种消静电装置及其工作方法
JP7352429B2 (ja) 2019-09-30 2023-09-28 株式会社Subaru 気流の剥離検知方法、気流の剥離位置検知方法、気流の剥離検知システム及び気流の剥離位置検知システム
US11905983B2 (en) * 2020-01-23 2024-02-20 Deep Science, Llc Systems and methods for active control of surface drag using electrodes
WO2022177960A1 (en) 2021-02-17 2022-08-25 Deep Science, Llc In-plane transverse momentum injection to disrupt large-scale eddies in a turbulent boundary layer
CN113389689B (zh) * 2021-07-01 2022-06-07 河北建筑工程学院 一种基于介电弹性体的风力发电装置

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3095163A (en) * 1959-10-13 1963-06-25 Petroleum Res Corp Ionized boundary layer fluid pumping system
US6247671B1 (en) * 1998-09-23 2001-06-19 Accurate Automation Corporation Ion doping apparatus and method for aerodynamic flow control
US7624941B1 (en) * 2006-05-02 2009-12-01 Orbital Research Inc. Method of controlling aircraft, missiles, munitions and ground vehicles with plasma actuators
JP4810342B2 (ja) * 2006-07-20 2011-11-09 株式会社東芝 風車翼および風力発電システム
US8091950B2 (en) * 2006-11-02 2012-01-10 University Of Notre Dame Du Lac Methods and apparatus for reducing drag via a plasma actuator
WO2009005895A2 (en) * 2007-05-08 2009-01-08 University Of Florida Research Foundation, Inc. Method and apparatus for multibarrier plasma actuated high performance flow control
US7988101B2 (en) * 2007-05-25 2011-08-02 The Boeing Company Airfoil trailing edge plasma flow control apparatus and method
EP2215330B1 (en) * 2007-10-26 2014-04-16 Technion - Research & Development Foundation Ltd Aerodynamic performance enhancement of fans using discharge plasma actuators
US8251318B2 (en) * 2008-11-19 2012-08-28 The Boeing Company Disbanded cascaded array for generating and moving plasma clusters for active airflow control
EP2190092A2 (en) * 2008-11-19 2010-05-26 Vestas Wind Systems A/S Improved lightning protection system for wind turbines
US9279412B2 (en) * 2010-02-16 2016-03-08 Technion Research And Development Foundation Ltd. Flow control on a vertical axis wind turbine (VAWT)
US8038397B2 (en) * 2010-03-09 2011-10-18 General Electric Company System and method of deicing and prevention or delay of flow separation over wind turbine blades
US9975625B2 (en) * 2010-04-19 2018-05-22 The Boeing Company Laminated plasma actuator
US8636254B2 (en) * 2010-09-29 2014-01-28 Lockheed Martin Corporation Dynamically controlled cross flow instability inhibiting assembly
US8523115B2 (en) * 2011-01-28 2013-09-03 Lockheed Martin Corporation System, apparatus, program product, and related methods for providing boundary layer flow control
US8916795B2 (en) * 2011-03-28 2014-12-23 Lockheed Martin Corporation Plasma actuated vortex generators

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018208119A1 (en) * 2017-05-12 2018-11-15 Samsung Electronics Co., Ltd. Blower and air conditioning apparatus having the same
US10830254B2 (en) 2017-05-12 2020-11-10 Samsung Electronics Co., Ltd. Blower and air conditioning apparatus having the same

Also Published As

Publication number Publication date
EP2514965A3 (en) 2015-02-18
JP5837323B2 (ja) 2015-12-24
JP2012225296A (ja) 2012-11-15
US20120267892A1 (en) 2012-10-25
IN2012DE00624A (ko) 2015-08-21
EP2514965A2 (en) 2012-10-24
KR20120119996A (ko) 2012-11-01
KR101471241B1 (ko) 2014-12-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101471241B1 (ko) 풍력 발전 장치
US7377750B1 (en) Lightning protection system for a wind turbine
EP2522852B1 (en) Wind power generation system
US6612810B1 (en) Wind turbine blade with a system for deicing and lightning protection
KR101567679B1 (ko) 기류 발생 장치 및 풍력 발전 시스템
JP6444797B2 (ja) 風力発電システム
BR102015030863A2 (pt) sistema de geração de potência e método para fornecer potência elétrica
US20190145384A1 (en) Busbars in a stacking arrangement
JP2013092072A (ja) 耐雷システムを備えた風力発電装置
CN102694367A (zh) 太阳能电池模块用配线电缆
US20170018961A1 (en) Wind turbine generators with power backup system
EP4116581B1 (en) Electrical power system for wind turbine blades
AU2003266392B2 (en) Rotor blade for a wind turbine
CN103891083B (zh) 用于避免风力发电设备中的杂散电流的装置和方法
KR101756748B1 (ko) 기류 발생 장치 및 풍력 발전 시스템
EP4083416A1 (en) Wind turbine blade and wind turbine
JP2016075231A (ja) 風力発電システム
EP4124753A1 (en) Lightning bypass system
EP4368833A1 (en) Wind turbine blade
CN115943256A (zh) 用于风力涡轮的转子叶片
CN115704359A (zh) 包括容易发生雷击和结冰的结构的系统、用于操作该系统的方法和包括该系统的风力涡轮
CN114336913A (zh) 一种具有发电机供电系统的声雷达测风装置及控制方法

Legal Events

Date Code Title Description
A107 Divisional application of patent
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid